Dalgıç pompa sürücüsü, kuyu veya başka bir su kaynağı içerisinde çalışan dalgıç motor-pompa grubunun hızını yöneten ve uygulamaya göre basınç, debi, seviye, kuru çalışma, minimum hız ve motor koruma fonksiyonlarını birlikte yürütebilen özel amaçlı bir hız kontrol cihazıdır (VFD).

Burada ilk yanlış anlaşılmayı kaldıralım: Bir dalgıç pompa sürücüsünün kuyu derinliğini veya su seviyesini fiziksel olarak kendi başına ölçmesi şart değildir. Su seviyesi gerektiğinde seviye sensörleri, elektrotlar, şamandıralar veya başka saha elemanlarıyla ölçülebilir. Bazı gelişmiş pompa sürücüleri ise motor gücü, akımı veya proses davranışından kuru çalışma / düşük yük durumunu sensör kullanmadan tahmin edebilir.

Dalgıç pompa uygulamasını normal bir pompa kontrol sisteminden ayıran asıl konular genellikle uzun motor kablosu, motorun görülmemesi, gerçek kuyu şartlarının bilinmemesi, minimum çalışma hızı, motor soğutması, kuru çalışma, yüksek statik basınç ve erişimin zor olmasıdır.

Neden dalgıç pompa uygulaması normal pompaya göre daha zor?

Normal bir pompa istasyonunda motor etiketi, pompa gövdesi, kablo, vana ve basınç sistemi çoğu zaman teknisyenin önündedir. Dalgıç sistemde ise motor bazen yüzlerce metre aşağıdadır. Motorun etiketi eski olabilir, kablo uzunluğu net bilinmeyebilir, kuyu dinamik su seviyesi hakkında sağlıklı kayıt bulunmayabilir ve besleme gerilimi yük altında farklı davranabilir.

Bu yüzden iyi bir devreye alma işleminde “pompa kaç kW?” sorusundan önce motor etiketi, motor akımı, kablo uzunluğu ve kesiti, kuyu derinliği, statik/dinamik su seviyesi, istenen debi, basınç ve pompa eğrisi mümkün olduğunca doğrulanmalıdır.

Sahada rivayete dayalı motor gücüyle VFD seçmek, dalgıç pompa uygulamasında yapılabilecek en pahalı kestirmelerden biridir.

Dalgıç pompa VFD'si kW'a mı, ampere mi göre seçilir?

VFD seçiminde motor gücü elbette önemlidir; fakat son karar için motor etiket akımı çok daha kritik bir veridir.

Aynı kW değerindeki standart yüzey motoru ile dalgıç motorunun nominal akımı aynı olmak zorunda değildir. Motorun tasarımı, verimi, güç faktörü, manyetik hava aralığı ve çalışma yapısı farklı olabilir.

Bu nedenle örneğin standart bir 22 kW motorda gördüğünüz akımı başka bir 22 kW dalgıç motora ezbere uygulamayın. VFD continuous output current değeri gerçek dalgıç motor etiket akımını karşılamalı ve gerekli overload payı ayrıca değerlendirilmelidir.

Bu konu akım sınırlandırması ve sürücü boyutlandırmasının neden yalnız kW üzerinden yapılamayacağının güzel bir örneğidir.

Uzun motor kablosu neden en kritik konulardan biridir?

Dalgıç pompanın VFD'ye uzaklığı bazı tesislerde onlarca veya yüzlerce metre olabilir. Burada birbirinden farklı iki ayrı elektriksel problem oluşur.

Birincisi klasik hat gerilim düşümüdür. Uzun kablonun direnci nedeniyle motor terminallerindeki RMS gerilim, pano çıkışındaki değerden düşük olabilir. Kesit yetersizse kablo kayıpları ve ısınma da artar.

İkincisi ise VFD'ye özgü PWM, dV/dt ve yansıyan dalga problemidir. IGBT anahtarlaması çok hızlı gerilim kenarları üretir. Uzun kabloda bu darbeler motor terminallerinde yüksek tepe gerilimleri oluşturabilir ve sargı izolasyonunu zorlayabilir.

Bu iki problemi birbirine karıştırmayın: kalın kablo seçmek normal gerilim düşümünü azaltabilir ama PWM tepe gerilimini tek başına çözmez.

Uygulamaya göre dV/dt filtresi veya sinüs filtresi gerekebilir. Özellikle dalgıç motor ve uzun kablo kombinasyonunda motor ve VFD üreticilerinin izin verdiği maksimum kablo mesafesi ile çıkış-filter şartı mutlaka kontrol edilmelidir.

VFD uzun kablodaki voltaj düşümünü telafi edebilir mi?

Bazı gelişmiş sürücüler motor tanıma veya motor modeli içerisinde kablo direncini kısmen hesaba katabilir ve gerilim komutuna düzeltme uygulayabilir. Özellikle doğru motor tanıma / Auto-Tuning yapıldığında bu faydalı olabilir.

Fakat VFD kablonun fiziksel kaybını ortadan kaldırmaz. Çok ince kesitli 150 metre kabloyu parametreyle “kalınlaştırmak” mümkün değildir.

Kablo kesiti, motor akımı, mesafe ve izin verilen gerilim düşümü mühendislik hesabıyla doğru seçilmelidir. VFD kompanzasyonu varsa bunu temel tasarımın yerine değil, *ince ayar* olarak düşünmek daha doğrudur.

Dalgıç pompada minimum frekans neden önemlidir?

Dalgıç pompada hız düşürmek her zaman avantaj değildir.

Bazı dalgıç motor ve pompalar yeterli soğutma akışı, hidrodinamik yatak şartları veya thrust bearing yağlaması için belirli bir minimum hıza ihtiyaç duyar.

Bu nedenle pompa sürücüsündeki minimum frequency parametresi yalnız “operatör suyu çok kısmış olmasın” amacıyla kullanılmaz; bazı sistemlerde doğrudan motor ve pompa ömrünü korur.

Minimum hız değeri ezbere 20, 25 veya 30 Hz seçilmemelidir. Kullanılan pompa ve motor üreticisinin verisi esas alınmalıdır.

Daha da önemlisi, bazı dalgıç pompalarda sıfırdan minimum güvenli hıza kadar olan bölgenin gereğinden fazla yavaş geçilmesi de istenmez. Çünkü pompa düşük hız bölgesinde yeterli yatak yağlaması veya motor soğutması sağlayamayabilir.

Dolayısıyla normal yumuşak kalkış rampası mantığını dalgıç pompaya körü körüne uygulamak yerine, üreticinin önerdiği initial ramp → minimum speed → normal ramp sıralaması kullanılmalıdır.

Duruş ne kadar yavaş olmalı?

Eski yaklaşımda “ne kadar yavaş durursa su darbesi o kadar azalır” denir. Gerçekte konu biraz daha karmaşıktır.

Uzun boru hattında ani debi değişimi water hammer – su darbesi oluşturabilir. Bu nedenle sürücünün kontrollü rampası faydalıdır.

Ancak dalgıç pompayı minimum güvenli hızın çok altında uzun süre döndürmek de doğru olmayabilir.

Bu yüzden gelişmiş pompa sürücülerinde initial ramp, final ramp, pipe fill ve check-valve ramp gibi birbirinden ayrı fonksiyonların bulunması tesadüf değildir.

Özellikle çekvalfin kapanma bölgesinde ayrı bir düşük-hız rampası kullanmak hem boru darbesini hem de pompanın gereksiz düşük hızda uzun süre kalmasını azaltabilir.

Basınç neden PID ile kontrol edilir?

Dalgıç pompada en değerli VFD uygulamalarından biri sabit basınç kontrolüdür.

Hattaki bir basınç transmitteri örneğin 4–20 mA sinyal gönderir. VFD'nin PID kontrolü gerçek basıncı hedef basınçla karşılaştırır ve motor hızını buna göre artırıp azaltır.

Bir sulama kolu kapanırsa sistem daha az su ister; VFD hızı düşürebilir. Birkaç kol aynı anda açılırsa basınç düşer ve VFD gerekli sınırlar içinde hızı yükseltir.

Bu yaklaşım vana ile sürekli boğma yerine proses ihtiyacına göre gerçek hız kontrolü sağladığı için enerji tüketimi, boru basıncı ve mekanik stres açısından ciddi avantaj sağlayabilir.

Enerji tasarrufu nereden gelir?

Enerji tasarrufu “VFD takıldı” diye otomatik oluşmaz. Kazanç, pompanın gerçek proses ihtiyacının altında veya üstünde ne kadar süre çalıştığına bağlıdır.

Santrifüj pompalarda uygun çalışma bölgesinde hız düştüğünde debi, basınç ve güç ihtiyacı affinity-law ilişkilerine göre önemli biçimde değişebilir. Bu nedenle özellikle uzun süre kısmi debiyle çalışan sistemlerde VFD çok etkili olabilir.

Fakat kuyu statik basma yüksekliği, pompa eğrisi ve sistem karakteristiği nedeniyle gerçek tasarruf her tesiste farklıdır. “Her dalgıç pompa VFD ile yüzde şu kadar tasarruf eder” şeklinde sabit oran vermek doğru değildir.

Kuru çalışma – kuyuda su biterse ne olur?

Dry Run – kuru çalışma, dalgıç pompa sistemindeki en pahalı arızalardan birine dönüşebilir.

Su seviyesi pompa girişinin altına düşerse pompa debisi kaybolabilir ve motor/pompa yeterli soğutma veya hidrolik çalışma şartını kaybedebilir.

Kuru çalışma farklı yöntemlerle algılanabilir:

Seviye sensörü veya elektrot doğrudan kuyu suyunu izleyebilir. Şamandıra kullanılabilir. Gelişmiş bir pompa VFD'si ise motor gücü, akım, tork veya düşük-yük karakteristiğinden pompanın susuz kaldığını tahmin edebilir.

Bu nedenle sürücünün “kuyudaki gerçek su miktarını ölçtüğü” söylenmemelidir. Çoğu sensörsüz dry-run algoritması aslında pompanın elektriksel yük davranışından su kaybını tahmin eder.

Uygulamaya göre belirli bir bekleme süresinden sonra otomatik restart denenebilir; fakat kuyu yeniden dolmadan sık sık çalıştırma denemesi yapmak da doğru değildir. Restart süresi kuyunun geri dolma karakteristiğine göre ayarlanmalıdır.

Faz kaybında kaliteli VFD çalışmaya devam eder mi?

Bunu genel özellik olarak yazmak doğru değildir.

Üç faz girişli VFD'ler çoğunlukla input phase loss / mains phase loss algılama fonksiyonuna sahiptir. Bir faz kaybolduğunda DC baradaki ripple yükselir ve doğrultucu/kondansatör grubu daha ağır şart altında kalabilir.

Bir sürücü faz kaybında yapılandırmaya göre fault verip durabilir, rampalı veya coast stop yapabilir, alarm verebilir veya bazı özel cihazlarda ciddi derating ile çalışmaya devam edebilir.

Ama “bir faz kaybolsa bile motora zarar vermeden normal şekilde devam eder” güvenli genel yaklaşım değildir.

Özellikle kırsal tesislerde faz-faz gerilim dengesizliği, gevşek kontaktör bağlantıları, uzun besleme hattı ve düşük şebeke gerilimi VFD hata geçmişinden ayrıca izlenmelidir.

İkinci görsel: gerçek saha problemleri

Pompa geri dönüyorsa ne yapılmalı?

Dikey borudaki su pompa durduktan sonra geri akmaya başlarsa pompa mili ters yönde dönebilir. Bunun temel mekanik önlemlerinden biri uygun tasarlanmış ve çalışan çekvalftir.

VFD burada yardımcı olabilir; fakat motor milini elektriksel olarak kilitlemek çekvalfin yerine geçmez.

Asıl önemli nokta, motor ters yönde dönmeye devam ederken gelişigüzel normal START komutu vermemektir. Kullanılan VFD destekliyorsa Speed Search veya Flying Start gibi fonksiyonlarla gerçek dönüş durumu değerlendirilebilir.

Ayrıca restart delay, çekvalf kapanma süresi ve minimum start aralığı prosesin gerçek davranışına göre ayarlanmalıdır.

Dalgıç pompayı 50 Hz üzerine çıkarmak doğru mu?

Üretici izin vermiyorsa hayır.

VFD'nin 100 veya 400 Hz çıkış verebilmesi pompanın bu hızda çalışabileceği anlamına gelmez.

Santrifüj pompa hızı arttığında debi ve basınç artar; motorun ihtiyaç duyduğu güç de çok hızlı yükselebilir. Bunun yanında yatak yükleri, titreşim, pompa kademeleri, aşındırıcı parçacıkların etkisi ve motor maksimum hızı kritik hale gelir.

Ayrıca motor kendi base frequency değerinin üzerine çıkarıldığında alan zayıflatma bölgesine girebilir ve mevcut tork rezervi düşebilir.

Bu nedenle “çamuru açmak için 2800 rpm motoru 3500 rpm çalıştırırım” gibi genel bir saha kuralı kullanılmamalıdır. Yalnız motor ve pompa üreticisinin izin verdiği çalışma eğrisi içerisinde kalınmalıdır.

Rezonanslı hızlardan kaçınmak mümkün mü?

Evet. Pompa, kolon borusu veya bağlı mekanik sistem belirli hız bölgelerinde titreşime girebilir.

Bu durumda motor akımı, basınç, debi ve titreşim ölçümleri birlikte incelenerek sorunlu çalışma bölgesi belirlenebilir. VFD'nin Skip Frequency / Jump Frequency fonksiyonuyla bu frekans aralığının sürekli çalışma için kullanılmasının önüne geçilebilir.

Fakat yalnız motor akımındaki küçük dalgalanmaya bakıp “rezonansı buldum” demek yeterli değildir. Kritik uygulamalarda gerçek titreşim ölçümü çok daha güvenilir sonuç verir.

Uzaktan kontrol ve SCADA neden değerlidir?

Dalgıç pompanın kuyu içinde ve çoğu zaman yerleşimden uzakta olması uzaktan izlemenin değerini artırır.

VFD, PLC veya başka bir otomasyon sistemi üzerinden motor akımı, çalışma frekansı, DC bara, hata kodu, basınç, su seviyesi ve çalışma saati gibi veriler toplanabilir.

RS-485, Modbus RTU, Ethernet veya başka endüstriyel haberleşme yöntemleriyle uzak kuyuların kontrol merkezinden izlenmesi mümkündür.

Bu sistemin asıl değeri yalnız uzaktan START/STOP değildir. Pompanın yavaş yavaş kötüleşen durumunu arızadan önce görmek çok daha değerlidir.

Editörün Notu – dalgıç pompa işi kâğıt üzerinden seçilmez

Ben dalgıç pompada sürücü seçerken yalnız “pompa 22 kW” bilgisiyle sipariş vermem. İlk istediğim şey motor etiketi ve amper değeridir. Etiket yoksa en azından üretici-model bilgisine ulaşmaya çalışırım.

İkinci soru kablo. Motor kaç metre aşağıda, kuyu başından panoya kaç metre var ve hangi kesit kullanılmış? Çünkü 150 metre kablonun problemi yalnız gerilim düşümü değil; VFD çıkışındaki PWM darbeleri de motor izolasyonu açısından ayrı mesele.

Üçüncü olarak minimum hızı sorarım. Pompanın debisi azalıyor diye frekansı sonsuza kadar indiremezsin. Bazı dalgıç motorlarda soğutma, bazı pompalarda thrust bearing ve hidrolik çalışma bölgesi seni sınırlar.

Bir başka saha hatası da çok uzun start rampasıdır. Normal makinede “yumuşak kalkıyor, güzel” dediğin 20–30 saniyelik rampa dalgıç pompada düşük hız bölgesini gereksiz uzatabilir. Önce üreticinin minimum hıza ulaşma şartına bakarım.

Kuru çalışma korumasını da mutlaka test ederim. Sadece menüde “Dry Run = ON” yazması bana yetmez. Pompa susuz kaldığında sürücü hangi güç veya akım seviyesinde anlıyor, kaç saniye bekliyor ve kaç dakika sonra yeniden deniyor? Bunlar gerçek kuyunun davranışına göre ayarlanmalı.

Ve faz kaybı konusunda sürücünün “nasıl olsa elektronik cihaz, idare eder” diye çalışmasına güvenmem. Faz dengesizliği varsa önce şebekeyi düzeltirim. *VFD kötü elektriğin tedavisi değil; kötü elektriği daha iyi teşhis edebilen bir cihazdır.*

Bu konudan sonra ne okumalı?

Genel pompa otomasyonu için Pompa Kontrol Sistemleri, sabit basınç uygulaması için VFD ile PID Kontrol ve saha geri beslemesi için Basınç Sensörleri bu sayfanın doğal devamıdır.

Uzun motor kablosu için VFD Çıkış Filtreleri; hareket halindeki pompayı yeniden devralmak için Speed Search; motor modelini doğru tanıtmak için Auto-Tuning konuları birlikte okunmalıdır.

Dış teknik referanslar

Bu sayfanın teknik çerçevesi için Danfoss VLT AQUA Drive – Submersible Pump Application, Grundfos SP / SPE submersible pump documentation ve Franklin Electric AIM Manual gibi motor ve pompa üreticilerinin gerçek uygulama kılavuzları esas alınmalıdır. Minimum hız, maksimum hız, motor kablosu, çıkış filtresi ve cooling-flow şartları modelden modele değiştiği için son karar kullanılan motor ve pompanın kendi dokümanına göre verilmelidir.